Tính toán kiểm nghiệm thiết bị ngưng tụ hệ thống trữ đông

Trong hệ thống lạnh thì thiết bị ngưng tụ là 1 thiết bị không thể thiếu và vô cùng quan trọng. Có nhiều người đã nghiên cứu về thiết bị này. Hôm nay e xin giới thiệu về nghiên cứu của thầy Hồ Trần Anh Ngọc ở ĐH Bách Khoa Đà Nẵng và TS Võ Chí Chính Thầy Hồ Trần Anh Ngọc nghiên cứu về đề tài Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh TS Võ Chí Chính nghiên cứu về đề tài “Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí và nước một cách tối ưu tiết kiệm năng lượng”

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

  

KHOA: ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO MÔN HỌC MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ LẠNH

ĐỂ TÀI: Tính toán kiểm nghiệm thiết bị ngưng tụ hệ thống trữ đông

GVHD: Đặng Thành Trung

Nhóm 8: Sinh viên thực hiện MSSV

Trịnh Vũ Tuấn Hùng 161470xxHoàng Minh Chiến 161470xxPhan Đức Hoàng 161470xx

Mục lục

CHƯƠNG I 5

I) Mục tiêu đề tài 5

II) Tình hình nghiên cứu (trong nước, ngoài nước) 5

III) Phương pháp thực hiện 5

CHƯƠNG II 5

I Cơ sở lý thuyết 5

1) Hệ thống lạnh: 5

2) Kho trữ đông: 6

II.Thông số, yêu cầu về kho lạnh 6

1) Yêu cầu thiết kế 6

2) Khảo sát kho lạnh ở xưởng: 7

CHƯƠNG III 8

I) Tính cách nhhiệt, cách ẩm cho kho lạnh 8

II) Kiểm tra đọng sương 9

III) Tính tổn thất lạnh thoát ra môi trường 10

1) Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che: 10

2) Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì 11

3) Tổn thất lạnh do vận hành 12

4) Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q 13

5) Tính dòng nhiệt khi mở cửa: Q 13

IV) Tính toán chu trình lạnh 13

1) Môi chất R22 13

2 Chọn môi trường giải nhiệt 14

V) HỆ TRỮ ĐÔNG 14

1) Tính điểm nút dàn ngưng 14

2) Tính toán chu trình: 16

4) Tính dàn ngưng 16

5) Tính cường độ tỏa nhiệt lãnh chất ngưng trong ống 18

6) Kết quả tính toán 21

Bản phân bố nhiệm vụ Người thực hiện Nội dung Đánh giá

Minh Chiến, Tuấn Hùng,

Đức Hoàn TÌm hiểu đề tài, lấy số liệu Hoàn Thành

Minh Chiến, Tuấn Hùng,

Đức Hoàn Lên ý tưởng tính toán Hoàn Thành

Minh Chiến, Tuấn Hùng,

Đức Hoàn Lên nội dung word, ppt Hoàn Thành

Tuấn Hùng Thuyết trình Hoàn Thành

Góp ý của GV:………

………

………

………

………

………

………

……….

Lời cám ơn Trong quá trình hoàn thành bài báo cáo, nhóm đã sử dụng tài liệu “Hướng dẫn thiết

kế hệ thống lạnh” của thầy Nguyễn Đức Lợi, “Tính toán truyền nhiệt” của thầy Hoàng Đình Tín, “Máy nén và thiết bị lạnh” thầy Đặng Thành Trung và Lê Xuân Hòa và bảng môi chất p-h R22 do thầy Trung cung cấp Ngoài ra, nhóm có sử dụng số liệu thu thập và của một số anh chị bạn bè đi trước cũng như hình ảnh thu thập trên mạng, rất cám ơn sự giúp đỡ của mọi người để giúp nhóm hoàn thành bài báo cáo Mọi thắc mắc xin liên hệ nhóm !

MỞ ĐẦUCHƯƠNG II) Mục tiêu đề tài

Tính toán và chọn được thiết bị ngưng tụ ứng với thông số đã chọn

II) Tình hình nghiên cứu (trong nước, ngoài nước)

- Trong hệ thống lạnh thì thiết bị ngưng tụ là 1 thiết bị không thể thiếu và vôcùng quan trọng Có nhiều người đã nghiên cứu về thiết bị này Hôm nay exin giới thiệu về nghiên cứu của thầy Hồ Trần Anh Ngọc ở ĐH Bách Khoa ĐàNẵng và TS Võ Chí Chính

- Thầy Hồ Trần Anh Ngọc nghiên cứu về đề tài Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồngống có cánh sử dụng trong kỹ thuật lạnh

- TS Võ Chí Chính nghiên cứu về đề tài “Thiết bị ngưng tụ giải nhiệtbằng không khí và nước một cách tối ưu tiết kiệm năng lượng”

-III) Phương pháp thực hiện

Sử dụng phương pháp trực quan kết hợp với nghiên cứu, tham khảo giáotrinh kỹ thuật lạnh thầy Lê Xuân Hòa, và các tài liệu trên interbet Sau đó kêt hợptính toán các thông số và các giá trị cần thiết Sau đó thực nghiệm ở xưởng nhiệt-điện lạnh của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Từ đó đi đến thiết ké mộtthiết bị ngưng tụ bằng chương trình mô phỏng

- Thực phẩm tươi sống, nông sản, thủy hải sản hay rau quả là những sảnphẩm bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường nhiệt độ bên ngoài Vì thế, sửdụng kho lạnh, hầm đông là một giải pháp để tránh tình trạng hư hỏng hànghóa

- Hiện nay rất nhiều doanh nghiệp sử dụng kho lạnh để bảo quản sản phẩm,hàng hóa của mình Điều đó cho thấy kho lạnh có vai trò quan trọng và cầnthiết trong sản xuất, kinh doanh

II.Thông số, yêu cầu về kho lạnh

1) Yêu cầu thiết kế

- Dàn ngưng giải nhiệt bằng không khí với lãnh chất làm R22

- Nhiệt độ buồng: -18oC (thời gian: 6 tháng)

- Địa điểm: Sài gòn, SPKT

Hình 1: Yêu cầu thiết kế kho lạnh

2) Khảo sát kho lạnh ở xưởng:

 Kích thước bên ngoài kho:

Hình 2: Thông số máy nén

Công suất máy nén: 5.5 KW

CHƯƠNG IIII) Tính cách nhhiệt, cách ẩm cho kho lạnh

Do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và kho lạnh là rất lớn Do đó đẻ giảmtối đa tổn thất nhiệt ra môi trường thì chúng ta phải bọc cách nhiệt Biết răng lớpcách nhiệt càng dày thì tôn thất nhiệt càng ít Nhưng chiều dày của nó phải đảm bảotối ưu hoá giữa chi phí đầu tư và tiết kiệm năng lượng khi vận hành Mục đích củachương này là đề giải quyết vấn đề đó

Hệ số truyền nhiệt: k =

11

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu “HDTKHTL” có: 1 = 23,3 W/m2K

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu “HDTKTHTL” có: 2 = 9 W/m2K

- Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18C Tra bảng 3-3 trang

84, tài liệu “HDTKTHTL” với nhiệt độ phòng -18C tính cho vách bao ngoài Ta

có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường: ktư = 0.22 W/m2

δ cn = 0.0022 [ 1

0.22−( 123.3+ 2∗0.00150.291 + 2∗0.000545.35 + 19)]=0.096 m

- Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được theo quy chuẩn

Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩnvới điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được

- Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là:

II) Kiểm tra đọng sương

Theo công thức (3-7), trang 87, tài liệu “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh”, ta

có hệ số truyền nhiệt đọng sương làm chuẩn là:

Với: - 1= 23.3 W/m2K hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao che

- tf : Nhiệt độ trong buồng lạnh,C

- tn = 37.3C: Nhiệt độ môi trường ngoài

- ts = 32C: Nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độmôi trường t1=37.3C và độ ẩm φ=74%

Điều kiện để vách ngoài không đọng sương theo biểu thức (3-8), trang 87, tài liệu “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh” sẽ là: k ≤ ks

- Với: k là hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường [W/m2K]

III) Tính tổn thất lạnh thoát ra môi trường

Tổn thất lạnh từ kho lạnh ra môi trường được xác định theo biểu thức:

Kết cấu Kich thước (m*m) [W/m 2 K] k i o ∆ t i¿

Q

Với : Q4 : tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh

Q2 : tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng

Với: 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc

n là số người làm việc trong phòng Vì phòng có diện tích < 200 m2 => chọn

n = 1

4) Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q

Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần:

+ 1 phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh

+ Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…) Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh

Q = N , [kW]

Với: - Hiệu suất của động cơ

+ = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng+ = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnhĐối với phòng cấp đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho

phòng có công suất E=2 tấn là : N = 4.5 kW

 N = 4.5*1000 = 45kW = Q

5) Tính dòng nhiệt khi mở cửa: Q

Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức:

IV) Tính toán chu trình lạnh

Mục đích nhằm tính chọn chu trình của hệ thống lạnh để tính công suất yêu cầu của thiết bị trong hệ thống lạnh từ đó làm cơ sở để tính chọn các thiết bị này

1) Môi chất R22

Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh là R22 vì nó có những ưu nhược điểm sau:

− Ưu điểm:

+ Không độc hại

+ Không ăn mòn kim loại đen và kim loại màu

+ Khi rò rỉ, không làm hỏng thực phẩm cần bảo quản

+ Hòa tan hạn chế dầu, ở khoảng nhiệt độ -200C ÷ -400C không hòa tan dầu

+ Năng suất lạnh riêng thể tích lớn

+ Áp suất ngưng tụ ở điều kiện bình thường < NH3

+ Nhiệt độ hóa rắn thấp hơn so với NH3

+ Dễ vận chuyển và bảo quản

− Nhược điểm:

+ Đắt tiền hơn NH3

+ Không hòa tan nước

+ Có tính rửa cặn bẩn nên dễ gây tắc nghẽn hệ thống

+ Gây ô nhiễm môi trường (phá hủy tầng ôzôn và gây hiệu ứng nhà kính) Nói chung R22 có độ hoàn thiện nhiệt động cao nên được sử dụng rộng rãi

Vì vậy chọn môi chất R22 là phù hợp

2 Chọn môi trường giải nhiệt

Chọn môi trường giải nhiệt là không khí

V) HỆ TRỮ ĐÔNG

Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén:

Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt xấp cho phòng Q nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống Bên cạnh đó thì máy nén

sẽ không thể vận hành liên tục trong 24h trong 1 ngày vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất môi làm hỏng máy nén Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau:

Q 0= Q k b

- k : hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh.Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là −180C nên dùng nội suy ta tính đượcnhiệt độ dàn bay hơi k = 0.8

- b: hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén Dự tính máy nén làm việckhoảng 22h / 1 ngày => chọn b = 0.9

 : Q o=0.8∗71399.80.9 =63466.49 W

1) Tính điểm nút dàn ngưng

 Nhiệt độ và trạng thái đối tượng làm lạnh:t = -18℃

 Chọn nhiệt độ ngưng tụ: Chọn nhiệt độ gió vào là 37℃, nhiệt độ gió ra là 41

℃, gió ra và gió vào chênh nhau từ 3 - 4℃

i

2 3'

4 4

1' 3

1 2

s T

3'

2) Tính toán chu trình:

Thông số

Điểm Trạng thái t (

0C) p (bar) I (kJ/Kg) S (KJ/kgK)

1 Bão hòa khô - 28 1.728 393.4 1.797

1’ Hơi quá nhiệt -23 2.128 396.7 1.81

2 Hơi quá nhiệt 96.53 19.88 461.1 1.81

 Sai số công suất: ∆ L=5,5−5,445,5 100=1,091 %

 Lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống

q o= 10.9725128,6 =0,085 kg/s

 Lưu lượng dàn ngưng:

Re2 = w2v ∗d0

2 = 9∗0.01616.69∗10−6=¿ 8.62*103

Tổng diện tích bề mặt ngoài ứng với 1 mét ống F:

5) Tính cường độ tỏa nhiệt lãnh chất ngưng trong ống

Khi ngưng hơi R22 trong ống nằm ngang có Re < 35000, cường độ tỏa nhiệt được tính:

Hình 6: Sự trao đổi nhiệt qua ống

Thông số vật lý λ , ρ ,μ ,v chọn theo nhiệt độ trung bình của màng lãnh chất ngưng tụ tm = 0.5(ts + tm), còn ẩn nhiệt hóa hơi r chọn theo nhiệt độ bão hòa hơi ngưng tụ ts

di – đường kính trong của ống , m

B= λ3ρ2gr

μ = 0.0786

3∗11272∗9.81∗(163.91∗103)2.19∗10− 4 =2.878∗1012

λ i ' - các nhiệt trở dẫn nhiệt phụ phát sinh về phía cánh (phía không khí), cụ

thể là nhiệt trở do bám bụi, chọn khoảng Rb≈ 0.0003 m2K/W, nhiệt trở tiếp xúc khi lắpcánh vào ống, khoảng Rc≈ 0.005 m2K/W

V2 = G2 / p2 = 2.02 / 1.128 = 1.8 m3/s

Tốc độ dòng khí qua chỗ hẹp nhất ω 2max:

ω 2max =ω c=V F2

tđ=1.80.9=2m/ s < 5 m/s (tốc độ hướng dòng) nên chấp nhậnVới lưu V2 = 1.8 m3/s, ta chọn 2 quạt hướng trục

6) Kết quả tính toán

CHƯƠNG IV: TỔNG KẾT VÀ HÌNH VẼ SƠ BỘ

Hình 9: Dàn bay hơi Chú thích:

1 Đường lỏng vào tiết lưu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1) Cơ Sở Truyền Nhiệt & Thiết kế Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt, Hoàn Đình Tín, Nhà

xuất bản Đạ Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, năm 2013

2) Tài liệu Máy Nén và Thiết Bị Lạnh, Đặng Thành Trung & Lê Xuân Hòa, Đại

học SPKT

3) Hướng dẫn thiết kế Điều Hòa Không Khí, Nguyễn Đức Lợi, NXB Khoa học và

kỹ Thuật